[发明专利]一种复合载氧体、制备方法及其在固体燃料气化中的应用

说明书

本发明提供了一种复合载氧体、制备方法及其在固体燃料气化中的应用，属于能源化工技术领域。复合载氧体为氧化铜负载的橄榄石，氧化铜占橄榄石质量的5％‑30％。所述方法利用载氧体循环传递氧和热，利用吸收剂循环除去二氧化碳并脱硫，同时实现原料气化和产气净化。此外，煅烧反应器和空气反应器串联，载氧体氧化再生/残余燃料燃烧产生的热量用以实现吸收剂的煅烧再生。所制载氧体具有成本低、活性高、抗磨损性能好、循环稳定性高、抗烧结能力强的优点；通过双循环装置同时实现原料的气化和产气的净化，结构简单，易于控制，能量利用率高，产气质量好，环境污染少。

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，涉及一种复合载氧体、制备方法及其在固体燃料气化中的应用，具体涉及一种复合载氧体、制备以及利用该载氧体实现含碳固体燃料气化制备清洁合成气的方法。

背景技术

含碳固体原料的气化是一种有效的清洁能源利用技术。煤炭、生物质、固体废弃物等在气化介质作用下可以部分氧化生成合成气(CO/H₂)，用于下游的燃烧发电、合成化学品及液体燃料等。传统煤气化技术主要采用纯氧/富氧空气为气化介质，因而需要单独的空分装置，大大增加了成本和能耗。化学链(ChemicalLooping)概念的提出为气化过程提供了一种新的思路。载氧体在燃料反应器中失去晶格氧被还原，而燃料则得到晶格氧被氧化。在空气反应器中，载氧体与空气接触，借助空气中的氧气补充晶格氧实现再生。通过载氧体在两个反应器之间的循环，可以将空气中的氧传递到燃料中实现燃料的氧化。此外，载氧体本身还充当了系统的热载体，实现了能量的梯级利用，提高了系统的总热效率。

将化学链技术应用在气化过程中，利用载氧体将燃料部分氧化制备合成气，是一种清洁环保的技术方案。但是，现有载氧体很难同时满足低成本、高活性、高循环稳定性、强抗烧结能力、高机械强度等优点，且大多是为化学链燃烧而制备，不能适应化学链气化过程的要求。专利“一种高稳定性载氧体颗粒及其制备方法”公开了一种以镁铝尖晶石为惰性组分、过渡金属氧化物为活性组分的高稳定性载氧体及其制备方法，但该方法需要用到异丙醇铝、硝酸镁、硝酸、活性金属硝酸盐等多种试剂并经过多次水解，原料成本高且制备过程复杂，很难实现大规模工业化应用。专利“一种含铝铜复合载氧体及其制备方法”公开了一种用溶胶凝胶法以CuO为活性组分并加入少量AL₂O₃制备载氧体的方法，但是该方法并没有明显克服铜基载氧体高温下活性和循环稳定性降低及易烧结的缺点。

此外，在实际过程中由于气固反应比固固反应更容易发生，合成气很容易被载氧体进一步氧化生成CO₂和H₂O。专利“一种煤炭颗粒/载氧体化学链制备合成气的方法及装置”公开了一种利用CaSO₄/CaS和CaCO₃/CaO双化学链制备清洁合成气并同时完成CO₂捕集的方法和装置，但是由于煤气化过程和CaO碳酸化过程对温度的要求不同，该专利很难同时实现煤的高转化率和CO₂的完全吸收。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种强度高、成本低并能在高温下保持循环活性的载氧体及制备方法，并利用该载氧体和钙基吸收剂设计一种固体燃料化学链气化工艺方法及装置，提高气化效率并脱除CO₂以获取清洁的合成气。

本发明的技术方案：

一种复合载氧体，为橄榄石负载的氧化铜，其中氧化铜质量为橄榄石质量的5％-30％。

一种复合载氧体的制备方法，步骤如下：橄榄石粉碎、筛分，在800-1200℃温度条件下煅烧；将煅烧后橄榄石置于硝酸铜溶液中浸渍一次或多次，得到氧化铜所需的负载量；浸渍完成的橄榄石经自然干燥或旋转蒸发除去水分后于800-1200℃下煅烧，再经筛分即得到复合载氧体。

所述的橄榄石粒度为20-80目。

所述的硝酸铜溶液中硝酸铜质量分数为20％-60％。